再生磚骨料在底基層用水泥穩(wěn)定材料中的應(yīng)用研究

熊 磊，金 陽，宋宇衡，張 濱，李天龍，朱留莉

(1.江蘇綠和環(huán)境科技有限公司，常州 213168；2.常州市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，常州 213004)

隨著城鎮(zhèn)化的建設(shè)，產(chǎn)生了越來越多的建筑垃圾，尤其是拆遷垃圾，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)[1，2]。隨著新固廢法的出臺，對建筑垃圾的處置以及資源化利用提出了更高的要求，另一方面，在建筑垃圾中占有較高比例的磚垃圾，所制備的再生磚骨料由于吸水率高、成分復(fù)雜、強(qiáng)度低等原因，制約了其資源化利用[3-5]。

水泥穩(wěn)定材料作為硬質(zhì)路面與土質(zhì)路基的過渡材料，對骨料性能要求較結(jié)構(gòu)混凝土較低，尤其是路面底基層用水泥穩(wěn)定材料，因此，如能實(shí)現(xiàn)再生磚骨料在水泥穩(wěn)定材料中的應(yīng)用，將會極大的拓展再生磚骨料的資源化利用途徑，可真正實(shí)現(xiàn)磚垃圾的綠色再生以及經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展，并減少大量天然骨料的使用，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義與社會意義[6]。

使用再生磚骨料制備水泥穩(wěn)定材料，考察了磚骨料使用量、不同級配磚骨料摻和比例、水泥用量等因素對水泥穩(wěn)定材料最佳含水率、最大干密度以及7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。通過與標(biāo)準(zhǔn)要求對比，分析再生磚骨料制備的水泥穩(wěn)定材料在路面底基層中應(yīng)用的可行性。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

1) 水泥：采用盤固PO42.5水泥，比表面積342 m2/kg，3 d抗壓強(qiáng)度為25.6 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度48.5 MPa，其性能滿足GB175—2007標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

2) 再生砼骨料1(簡稱砼246)：顆粒級配5～31.5 mm，壓碎值19，針片狀含量1%，篩分析見表1。

3) 再生砼骨料2(簡稱砼瓜子片)：顆粒級配5～20 mm，壓碎值16，針片狀含量2%，篩分析見表1。

4) 再生砼骨料3(簡稱砼0～7)：顆粒級配0～7 mm，篩分析見表1。

5) 再生磚骨料1(簡稱磚246)：顆粒級配5～31.5 mm，壓碎值28，針片狀含量2%，篩分析見表1。

6) 再生磚骨料2(簡稱磚0～14)：顆粒級配0～14 mm，篩分析見表1。

表1 再生骨料級配

1.2 試驗(yàn)方案及方法

使用再生磚骨料制備水泥穩(wěn)定材料，通過與再生砼骨料進(jìn)行對比，考察不同的再生磚骨料使用量條件下所制備的水穩(wěn)最佳含水率、最大干密度以及7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化；調(diào)整不同級配磚骨料摻和比例，根據(jù)水穩(wěn)7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化，優(yōu)選最佳摻和比例；測試不同水泥用量條件下，使用再生磚骨料制備的水穩(wěn)試件7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，分析水泥用量對水穩(wěn)試件7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，并根據(jù)水泥用量與7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系擬合曲線公式，為實(shí)際工程中不同等級道路路面底基層用水泥穩(wěn)定材料選取適宜的水泥用量提供依據(jù)。

擊實(shí)試驗(yàn)、試件成型、養(yǎng)生及7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測方法按照J(rèn)TG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料實(shí)驗(yàn)規(guī)程》中的規(guī)定進(jìn)行，其中擊實(shí)試驗(yàn)采用重型擊實(shí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 磚骨料使用量對水穩(wěn)性能的影響

分別使用純再生砼骨料、磚246取代砼246、純磚骨料制備水穩(wěn)材料，固定水泥用量5%，材料配比見表2，考察不同磚骨料使用量條件下的水穩(wěn)性能。

表2 再生水穩(wěn)配合比/%

圖1為不同種類與粒級骨料合成的級配曲線，從中可以看出編號1、編號2、編號3的實(shí)際通過率均在規(guī)范上限與規(guī)范下限之間，趨于規(guī)范中值，以考察在級配較為一致的條件下，磚骨料的用量對再生水穩(wěn)性能影響，結(jié)果見表3。

表3 磚骨料使用量對水穩(wěn)性能影響

從表3中可以看出，再生水穩(wěn)的最佳含水率隨著磚骨料用量增加而增大，這是由于磚骨料吸水率較高所致，最大干密度隨著磚骨料用量增加逐漸降低。且隨著磚骨料用量增加，再生水穩(wěn)7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度減小，強(qiáng)度變異系數(shù)增大(均滿足標(biāo)準(zhǔn)中變異系數(shù)≤15%的要求)，這說明與砼骨料相比，使用磚骨料制備的水穩(wěn)強(qiáng)度值比較離散。

2.2 不同級配磚骨料摻和比例對水穩(wěn)性能的影響

固定水泥用量4%，改變磚246與磚0～14比例，分別為20%∶80%、40%∶60%、60%∶40%，考察所制備材料的水穩(wěn)性能變化，結(jié)果如表4所示。

表4 磚骨料摻和比例對再生磚骨料水穩(wěn)性能的影響

由于磚骨料中細(xì)集料吸水率較粗集料要高，上述三種配比，編號1的細(xì)集料含量最大，編號2次之，編號3細(xì)集料含量最小，導(dǎo)致最佳含水率結(jié)果編號1>編號2>編號3。

從表4中可以看出7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度編號1<編號3<編號2，這是由于無側(cè)限抗壓強(qiáng)度主要來源于水泥砂漿對骨料顆粒的粘結(jié)作用，相同水泥砂漿量的情況下，編號1即磚骨料246∶磚骨料0～14=20%∶80%時(shí)，水穩(wěn)結(jié)構(gòu)細(xì)顆粒含量多，比表面積大，而編號2、編號3中粗顆粒含量多，比表面積小，從而平均骨料表面下包裹的水泥砂漿量編號1<編號2<編號3，但同時(shí)，編號3粗顆粒含量過多，細(xì)集料無法填充粗顆粒之間的空隙，導(dǎo)致空隙較多，空隙部分由于沒有水泥砂漿包裹而形成缺陷，而編號2即磚骨料246∶磚骨料0～14=40%∶60%時(shí)，水穩(wěn)結(jié)構(gòu)中既有較多的細(xì)顆粒填充于粗骨料之間的空隙，又有一定的水泥砂漿包裹著骨料顆粒，因此無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高。

2.3 水泥用量對再生水穩(wěn)性能的影響

固定磚246與磚0～14比例為40%∶60%，改變水泥用量分別為3%、4%、5%、6%，考察所制備材料的水穩(wěn)性能變化，結(jié)果如表5所示。

表5 水泥用量對再生磚骨料水穩(wěn)性能的影響

圖2給出了水泥摻量與再生磚骨料水穩(wěn)7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，從中可以看出，隨著水泥用量增加，所制備的再生磚骨料水穩(wěn)7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸增大，根據(jù)曲線擬合公式Rd=0.48·C+0.54(C為水泥用量，%)，可為實(shí)際工程中不同等級的道路用水泥穩(wěn)定材料選取適宜的水泥用量。

對比表6(標(biāo)準(zhǔn)JC/T2281—2014《道路用建筑垃圾再生骨料無機(jī)混合料》中對城鎮(zhèn)道路底基層強(qiáng)度要求)，發(fā)現(xiàn)水泥摻量3%時(shí)，使用磚骨料制備的水泥穩(wěn)定材料滿足其他等級道路底基層要求，當(dāng)水泥摻量為4%時(shí)，所制備的水泥穩(wěn)定材料滿足主干路及其他等級道路底基層要求，當(dāng)水泥摻量為5%～6%時(shí)，所制備的水泥穩(wěn)定材料可滿足快速路底基層要求。

表6 底基層用水泥穩(wěn)定材料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 /MPa

3 結(jié) 論

a.再生水穩(wěn)材料的最佳含水率隨著磚骨料用量增加而增大，最大干密度隨著磚骨料用量增加逐漸降低。且隨著磚骨料用量增加，再生水穩(wěn)7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度減小，強(qiáng)度變異系數(shù)增大。

b.隨著磚骨料中細(xì)集料摻量增加，最佳含水率逐漸增大；當(dāng)磚246∶磚0～14的比例為40%∶60%時(shí)，所制備的水穩(wěn)試件7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高。

c.隨著水泥用量增加，所制備的再生磚骨料水穩(wěn)試件的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸增大，根據(jù)曲線擬合公式Rd=0.48·C+0.54(C為水泥用量，%)，可為實(shí)際工程中不同等級的道路用水泥穩(wěn)定材料選取適宜的水泥用量提供依據(jù)。對比標(biāo)準(zhǔn)JC/T2281—2014《道路用建筑垃圾再生骨料無機(jī)混合料》中對城鎮(zhèn)道路底基層強(qiáng)度要求，當(dāng)水泥摻量3%時(shí)，使用磚骨料制備的水泥穩(wěn)定材料滿足其他等級道路底基層要求，當(dāng)水泥摻量為4%時(shí)，所制備的水泥穩(wěn)定材料滿足主干路及其他等級道路底基層要求，當(dāng)水泥摻量為5%～6%時(shí)，所制備的水泥穩(wěn)定材料可滿足快速路底基層要求。